Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологическая трансформация гидролизатов растительного сырья, полученных с использованием азотсодержащих солей

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Микробиологическая трансформация гидролизатов растительного сырья, полученных с использованием азотсодержащих солей"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРдДМ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ .ЛСТИГУТ ИМЕНИ ЛЕНСОВЕТА

Уч. № 241

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз. 9

• ШИШАКОВ Евгений Павлович

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГВДРОЛИЗАТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО СНРЬЯ» ПО..УЧЕНШХ О ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ А30ТС0ДЕРДАЩИХ СОЛЕЙ

03.00.23 биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технически: наук

Ленинград - 1991

Работа выполнена на кафедре химической переработки древесины и биотехнологии Белорусского ордена Трудового Красного Знаы ;-ги технологического института ши.С.М.Кирова

Научные руководители: доктор технических наук

доктор биологических наук

Официальные оппоненты: доктор технических наук

кандидат технических наук

Ведущая организация:

. Защита состоится 1991 г. в часов

в ££ аудитории на заседании специализированного совета Д 063.25.09 при Ленинградском технологическом институте им.Ленсовета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Замечания и отзывы по работе, заверенные-гербовой печатьп, в одном экземпляре, просим направлять по адресу: 198013, г.Ленинград, Загородный пр., 49, ЛТИ имени Ленсовета, Ученый совет.

Автореферат разослан 1991 г.

Ученый секретарь совет* , л

кандидат биологических наук Л.С.Александрова

Морозов Евгений Филиппович

Никандров Виталий Николаевич

Сухаревич Валентина Ивановна

Сизов Александр Иванович

Институт химии древесины АН Латвии

ОБЩАЯ характеристика работы

Актуальность темы. Сднсй из магистральных задач биотехнологии является разработка эффективных и экологически безо-лрсных технологий получения кормового белка (Быко и соавт., 1987; Сассон,1987). Важным источником кормового белка являются микроорганизмы - дрожжи, грибы, бактерии. Этот источник белка не зависит от погодных условия, характеризуется высокой скоростью накопления биомассы и не требует значительных площадей для его производства (Скрябин, Ерошин, 1984).

В настоящее время существует промышленное производство микробного белка с использованием парафинов нефти, отходов пищевой промышленности и целлюлозосодержаще^о сырья (Быков и соавт., 1987; Скрябин, Ерошин, 1984). Наиболее широкое использование получило производство белка на парафинах нефти. Основным недостатко»4 этого направления является и. пользование невозобновляемсго источника сырья, а также необходимость тщательного удаления остаточных количеств углеводородов. Практически неисчерпаемым источником сырья и энергии для производства микробного белка могут служить целлмозосодержа-щие материалы - отходы лесопромышленного комплекса и сельского хозяйства. Немаловажную роль играет и возможность решения ряда экологических проблем, поскольку значительная часть растительной биомассы сяигается или вывозится на свалки, загрязняя о кружащую среду.

Известные методы получения микробного белка из целлпло-зосодеркащего сырья основаны на гидролизе последнего с помощью ферментов или минеральных, главным обрат: м, кислотных катализаторов с последующим получением микробной биомассы (Холькин, 1989). Первый метод требует наличия у микробных культур высокоактивных гидролитических ферментов (Лобанок, Бабицкая, 1976), устойчивых к действию фенолов, смоляных кислот, терпеновых углеводородов и др. компонентов растительного сырья, что значительно ограничивает его применение. Метод гидролиза растительного сырья разбавленным раствором сепной кислоты приводит к деструкции части углеводов и лигнина с образо. лнием лигногушшовых веществ, угнетающих р: з-

витие микроорганизмов и снижающих качество биомассы. При переработке низкосортного сырья с повышенным содержанием коры и гнкпи качество гидролизатов еще более снижается, что ограничивает использование этого сырья.

В последние годы опубликованы работы об использовании для гидролиза растительного сырья фосфорсодержащих солей (Морозов, 1988). Такой вид гидролиза выгодно отличается тем, что получаодмеся гидролиэаты содержат дополнительный источник фосфора. Единичные сообщения были посвящены гидролизу целлюлозы и деструкции моносахаридов под действием азотной кислоты и сульфата аммония (Корольков, 1978).

Однако, особенности гидролиза растительного сырья в присутствии азотсодержащих солей, химический состав гидроли-эата и возможности его использозания для биотехнологических целей до сих пор оставались нераскрытыми.

Работа выполнялась в рамках отраслевой программы "Создание принципиально новюс кгяоотхэдшдс и безотходных технологических процессов" в соответствии с "Основными направлениями работ по дальнейшему разэитию комплексной переработки растительного сырья на 1988-1990 годы" (постановление СМ СССР от 21.10.87 г.).

Целью настоящей работы явилась разработка технологического процесса биосинтеза микробного белка на гвдролизатах растительного сырья, полученных с использованием азотсодержащих солей.

Задачи исследования:

- изучить гидролиз растительного сырья, в том числе и ранее неиспользуемых его видов, в присутствии азотсодержащих солей;

- подобрать культуры микроорганизмов и их ассоциаций, обеспечивающие высокий уровень синтеза биомассы;

- определить кинетические'показатели ферментации, состав и качество биомассы;

- разработать технологические схемы получения гидролизных сред и их микробиологической переработки, пригодные для прочызг'енного использования.

Научная новизна: Впервые установлено, что азотсодержа-

щие соли ускоряв? гидролиз гемицеллюлоз и олигос «аридов, одновременно вызывая деградацию лигногуминовых веществ с образованием органических спиртов, альдегидов и других низкомолекулярных соединений. Показано, что при взаимодействии солей с компонентами растительной ткани в условиях термокаталитической обработки образуются вещества, стимулирующие рост микроорганизмов. Среди этих веществ были выделены хиноннктрополи-карбоновые кислоты. Установлено, что наиболее высокая эффективность использования питательного субстрата дойдгается ассоциацией СапсШа ясоИИ :ТЪШ10£рогоп еи&глешп: МшхепиСа алота^ при соотношении культур 60:25:15 (5 =66,655)1 а максимальное содержание протеина в биомассе (В=58,4$) пр соотношении 70:10:20.

Практическая значимость. Разработаю, технологическая схема получения гидролиэатов растительного с.ироя, пригодных для микрдбиологического синтеза белка. Получснге.тз по пр дло-аенной схеме гидролизаты позволяют достичь упог. ш скорости роста дрожжей до 3®, а экономического ..цента синтеза биомассы до 25$ в сравнении с промышленной схемой. Продолжительность лаг-фазы при этом сокращается в 1,5-2,0 раза. Биомасса дрожжей, выращенных на п'цролизатах растительного сырья, полученных с использованием азотсодержащих солей, отличается нетоксичностью, повышенным содерганиеь» белка, незаменимых аминокислот я ненасыщенных жирных кислот. По результатам опытно-промышленной проверки технологического процесса на Сыктывкарском, Андижанском и Ренлцком гидролизных заводах экономический эффект от внедрения только на одном из заводов составит 185-250 тыс.руб. в год.

На защиту выносятся следующие ..оложения:

1. Гидролиз растительного сырья в присутствии азотсодержащих солей приводит к увеличению скорости гидролиза гемицеллюлоз, одновременно вызывая деструкцию лигногуминовых веществ.

2. Гидрслизат растительного сырья, полученный с использованием азотсодержащих солей, пригоден в .-ачестБ- питательной среды для культивирования микроорганизмов рода СшиЦ^и, Han.it,ш^а, Тгсскоерояоп> ЗоссЛо.к>т.усе&г ЗсАсуо^асскд-ютусе^

Aspevai£âu.s, Peniciiâium., Oïdium..

3. Дрожжи, выращенные на опытных гидролизатах, нетоксичны и в сравнении с таковыми на промышленных гидролизатах обогащены протеином, незаменимыми аминокислотами и ненасыщенным жирными кислотами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции "Биотехнология в лесном хозяйстве и лесной промышленности" (Варна, 1986), Всесоюзных научно-технических конференциях "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов" (Минск, 1985), "Современные проблемы химической технологии" (Красноярск, 1986)» "Производство кормовых и биологически активных продуктов на основе низкосортной древесины и отходов лесопромышленного комплекса" (Красноярск, 1988), Совещании главных инженеров предприятий гидролизной промышленности (Ман-турово, 1966).

Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 7 статей и тезисов докладов, получено 6 авторских свидетельств на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части (4 главы), выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 рисунками и 33 таблицами. Список литературы содержит 261 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследований. В работе использовали 16 музейных культур микроорганизмов, принадлежащим к родам Candida, Hansenutit, TuicJtospozon, SchcMsaccfaiicomyces, ■AspevyMus, Peniti£€iumt Oïdium , a также дрожки CandUki species, выделенные автором из микрофлоры Ыантуровского биохимического завода.

Культивирование микроорганизмов проводили периодическим полунепрерывным и непрерывным методом. Периодическое выращи-вачие проводили в колбах Эрленмейера на качалкеТ^а/г-За?"

при следующих условиях: температура в зависимости от вида ый--кроорганизма 35-38°С, интенсивность перемешивания 180-200 колебаний в минуту, рН - 4,0-4,2. Основные результаты проверяли при непрерывном культивировании в лабораторном ферментере объемом 3 дм3 при продолжительности культивирования 72-240 часов. При опытной проверке результатов в промышленных условиях использовали имеющиеся заводские ферментеры объемом 0,01-5,7 ы3, а в качестве посевного материала - сложившиеся ассоциации микроорганизмов-продуцентов биомассы.

В работе использовали гидролизаты растительного сырья, получаемые на стендовчй установке отраслевой НИЛ химической переработки древесины, а также гидролизаты, полученные во время промышленных испытаний на Сыктывкарском, Андижанском и Речицком гидролизных заводах.

В сырье, гидролизатах и питательных средах определяли содержание легко- и трудногидролизуемых полисахар>.дов, педу-цируюцих веществ (РВ), органических и минеральных веществ по принятым в гидролизном произведет .е методам (Емельянова,1976). Углеводный состав полупродуктов и дрожжей определяли методом газожидкостной хроматографии после их перевода в ацетаты альдононитрилов (Костенко, 1977). Аминокислотный состав дрон-жей определяли на анализаторе аминокислот ААА-339 после гидролиза биомассы соляной кислотой» Содержание сырого жира рассчитывали по методу, описанному А.Кейтсом '.1982), а индивидуальных жирных кислот - хроматографически'(Султанович, 1984). Содержание нитратов определ. ли с использованием ион-селективного электрода. Концентрацию фосфатов и нитритов определяли фотоколориметрически.

Все исследования проводили 3-5 кратно. Статистического обработку результатов вели используя^ критерий Стьцдента.

результаты и ;« обсуэденич

Особенности гидролиза растительного сырья в присутствии азотсодержащих солей и микробиологической переработки гидро-лизатов.

Гидролизаты, полученные в процессе дьухстади.лого фур-фурольно-гекс.зного гидролиза, имеют повышенное содержан' 9

а

ингибирувдих примесей и обладают недостаточной биологической доброкачественностью. Проведенные испытания различных катализаторов фурфурольного гидролиза с последующим выращиванием дрожжей бхп&аСсс ¿саИН на гексозных гидролизатах целлолигнина показали увеличение выхода дрожжей и увеличение содержания протеина в биомассе при использовании азотсодержащих солей по сравнению с автокаталитическим процессом и особенно с кислотными катализаторами (табл.1).

Таблица I

Показатели процесса выращивания дрожжей на гадролизатах целлолигнина

Катализатор«Вьиод биомассыСкорость¡Содержание про-фурфуроль- дрожжей, % от ре- роста£т ¡теша, % от абс. ной стадии {Дуцирующих веществ| ч |сухой биомассы

Автокатал" -тический 0,756 ЕЗД Ш Н^О^ Ш Н3Р04 Са(Н2Р04)2 л/н4се ,

" ^Н^Л/Оз Нитроаммофоска Нитрофоска

51,12 0,239 51,35

45,28к . 0,223* 52,36

43,35* 0,206* 51,50

50,68 0,241 55,55х

50,01 0,240 •52,37

52,84 0,244 52,16

56,24х 0,245 ' 55,97*

58,07х 0,245 54,38х

¿7,84" 0,244 54,36х

Примечание: здесь и далее знаком к отмечены показатели статистически достоверные при Р40,05.

Причем указанные показатели превосходят таковые даже при автокаталитическом процессе, при котором образование ингибиторов минимально. Это позволило предположить образование веществ, стимулирующих рост дрожжей при использовании азотсодержащих солей на стадии гидролиза. Из гидролизата нами было выделено (Л мах=680 нм) гигроскопичное вещество оранжевого цвета, имеющее следующий элементный и фунциональ-ный состав: C-46.I55.yV- 3,7%, 0 - 45,Н- 4,9^,-СООН -- ¿6,1%, -0Нфен>- 1,35, -С=0 - 5,4*, М0г - 4,055, -0СН3 -

- 1,2% и характеристичиеские полосы поглощения г.^и Ш-спект-роскопии 1650, 1660, 1350 и 1580 см~*. На основе функциональ-;' ного анализа и ИК-спектра выделенное вещество было отнесено к хиноннитрополикарбоновым кислотам - эффективным стимулято-', рам роста микроорганизмов и высших растений (Чудаков, 1983).;

Фурфурольно-гексозные методы гидролиза имеют ограничен- \' ное применение и используются только на специализированных' ' фурфурольных заводах. Это существенно ограничивает область использования методов облагораживания гидролизатов с применением солей. Для расширения области применения разработки был изучен перколяционный 'гидролиз растительного сырья в;присутствии азотсодержащих солей, а также состав .. качество ~ид-': ; ролизатов. Внесение азотнокислых солсй в варочную смесь^усиливает седлообразный вид кривых образования Сахаров. В ин-; . тервале температур 130-140°С и 180-195°С в присутствии солей концентрация Сахаров возрастает на 5-25$, а в интервале 150--170°С снижается на 8-1656. При замене азотнокислого аммония на нитроаммофоску или нитрофоску эти отличия сохраняются. Таким образом, соли целесообразно вносить на стадиях гидролиза гемицзллюлоз (130-140°С) или промывки лигнина (185-195°С). \

Внесение солей приводит к зн'чительному изменению состава гидролизата: содержание нелетучих органических кислот и метилового спирта возрастает1 в 1,6-2,0 раза, муравьиной кислоты в 1,2-1,3 раза. Содержание Сахаров, фурфурола, леву-яиновой и уксусной кислот изменяется незначительно.;

На опытных гидролизатах увеличение выхода биомассы достигает 17%, а скорости роста до 30& при поутаении содержания протеина в биомассе на 4-6$. Особенно эффективно внесение солей при переработке низкосорт-.ого сырья (табл.2).

Выход дрожжей от редуцирующих веществ (РВ) сусла повышается до 44,9-55,4$, а скорость роста дс 0,191-0,301 что соответствует показателям, полученным при использовании кондиционного сырья. Это позволяет перерабатывать*неиспользуемые ранее растительные отходы с удовлетворительными нико-экономическими показателями, расширяя тем зм сырьевую базу для гщфолизного производства.

Таблица 2

Влияние гидролизувдего агента на показатели процесса культивирования дрожжей СалсИсОх $соОи на гидроли-затах растительных отходов

Вид ' {Гидролизу»-¡Выход дрсккей|Скоросл ^|Содержание

растительных1щий агент |от редуцирую-¡роста, протеина в отходов | |'щих веществ, ¡ц-1 ¡дрожжах

_!_ У" ! !_

Одубина 0,5£ НЗД 42,03 0,242 47,89

То же 0,5$ НЗД + 48,08* 0,301* 51,85*

Лесосечные

отходы 0,555 Н^04 42,04 0,222 47,62

То же 0,5£ НЗД + 50,50* 0,249* 51,10*

ОД

Осиновая

кора 37,00 0,195 49,34

То же 0,215*

0,3% 03 43,37* 51,65

Березовая

кора 0,5$ НЗД 19,76 0,158 42,54

То же 0,555 Н2304 +

о,з& //н4лю3 44,88* 0,191* 45,67*

Гуза-пая ОМ Н^04 43,03 0,186 48,17

То же 0,% НЗД + 55,37* 0,258* 54,77* '

о,з^д/н4ло3

Универсальным методом облагораживания гидролизатов является внесение солей на стадии инверсии. Существенное значение на показатели процесса фергентадии оказывает количество внесенных солей (ркс.1). С увеличением концентрации азотнокислого аммония от 0,5 до 3,5 г/дм3 происходит существенное улучшение показателей ферментации: увеличивается экономический коэффициент и скорость роста, сокращается продолжительность лаг-фазы, возрастает содержание протеина в дрожжах. При дальнейшем увеличении концентрации азотнокислого аммония

к 55

I

еГя-

52\

си

а

т

18.

м

§ |

т

т

IА

/ 'Чв ^ Р1

/о . с ■г^ь

У

Концентрация аъатнакислога апнанщ г/д*?

Рис Л. Влияние концентрации азотнокислого аммония, вносимого на стадии инверсии гидролизата, на экономический коэффициент (I), скорость роста (2).содержание протеина в биомассе (3).

происходит снижение экономического коэффициента и скорости роста дрожжей из-за избыточного количества азота.

Сходная картина наблодается и для азотнокислого налия.

Стадия процесса, на которой вносится соль • оказывает решающее влияние на показатели процесса ферментации. При внесении солей в сусло выход дрожжей составляет 44,9-51,3$ от РВ сусла, а скорость роста - 0,203-0,245 ч-*, что соответствует показателям ферментации на субстрате, полученном по промышленной технологии. Внесение азотнокислых и смешанных солей на стадии инверсии значительно улучшает показатели ферментации: выход дрожжей увеличивается до 55,4-59,9$, а скорость роста до 0,260-0,312 ч-*, что соответственно на 17-22 и 7-43& выше, чем при внесении этих солей на стадии нейтрализации. Выращенные дрожжи во всех экспериментах характеризуются устойчивым увеличением сэдержания протеина на 3-Ш.

(

Положительный эффект вызван образованием азотной кислоты, которая ускоряет гидролиз гемицеллюлоэ и олигосахаридов И одновременно окисляет лигногуминовые вещества, угнетающие ' рост микроорганизмов, до ниэкомолекулярных фрагментов и органических кисл'т, способных утилизироваться дрожжеподобными грибами. Среди продуктов окисления обнаружены хиноннитрополи-карбоновые кислоты и некоторые другие азотсодержащие вещества стимулирующие рост микроорганизмов, Таким образом, происходит превращение ингибиторов в стимуляторы и дополнительные источники питания. Это подтвервдается кинетикой роста дрожжей на субстратах, полученных различными методами (рис.2).

. Рремя /¡ыращивание, час

Рис.2. Кинетика роста дрожжей СопсЩо. ¿соИси

на гидролиэатах, полеченных по промышленной технологии (I); то же + хиноннитрополикарбо-новые кислоты (2); при внесении азотнокисло-• го калия на стадии инверсии (3); то же при внесении азотнокислого аммония (4).

Изменение органического и минерального состава субстрата требует подбора культур микроорганизмов или их ассоци г аций, способных с наибольшей эффективностью потреблять ком-"" поненты субстрата и продуцировать биомассу высокого качества.

Испытаны 17 культур 15 видов микроорганизмор Среди дрожжей наиболее высокие показатели по экономическому коэффициенту, скорости ооста к продуктивности имеют

СшийЛа. зсоЫи и Сапскйа ри1&£е*гпопс1£к, Грибы ТЫсАо-¿рогоа сиЬёхгчт и ОссИшп €асЫ$ обеспечивают экономное потребление субстрата ($=53-5б£), однако скорость роста их не превьшает 0,22 Еще более низкую скорость роста имеют ми-целлярные грибы. Вследствие этого продуктивность указанных культур низка.

Исследование двойных и тройных ассоциаций культур микроорганизмов позволило выявить следующие типы взаимодействия: ком_нсализм ( С. $со1Ш + 5с.сечеггШае,С.$соЬШ +С.£юр1са&&, 1.%иИ&&тп<Ш. + Н. апоплСа ), нейтрализм (С¡иМ&сгтоп+ + С. иариа&з \ и мутуализм ( С ¿соШ1 + Н. сиготаНо. , С.лсоШс +. Тг. сиЬхпеипг ). Для подбора популяции, обеспечивающей максимальную продуктивность при экономном потреблении субстрата была изучена тройная ассоциация С. эсоНи : Гг. сиЫпеилг : Н. ало/паСа, (рис.3).

C.snottii

С. scottii

Рис.3. Зависимость величины экономиченjro коэффициента синтеза биомассы (а) и содержания протеина в биомассе (б) при использовании ассоциации дрожжей

Субстрат потребляется с высокой эффективностью при содержании в ассоциации более 50% дрожжей CancUiLa Scottii . Наиболее высокий экономический коэффициент ($ =66,с^) обеспечивается при соотношении С. scottii ; Тг. cuii/teum.: Н.агчлпо.6х. равном 60:25:15. Это, по-видимому, связано с тем, что дрожжи Candida, scottii, обладая высокой скоростью роста '

(/*=0,33 ч"1) активно потребляют преимущественно углеводные компоненты субстрата, вцделяя в культуральную среду продукты неполного окисления. В то же время, являясь ауксотрофными микроорганизмами, они способны ввделять в культуральную среду аминокислоты витамины и другие вещества, стимулирующие рост грибов. Грибы в свою очередь усваивают продукты неполно го окисления углеводов и органические кислоты субстрата, трудно усвояемые быстрорастущими дрожжами.

Похожая зависимость наблвдается и в содержании протеина Максимальное содержание протеина, равное 58,^5, накапливается в бис лассе при соотношении культур СалсИЫа ьсоИи : скоьрогоп си&апеш.?Нап&пийх. о.пота(аравном 70:10:20.

Разработка технологии микробиологической трансформации гидролизатов, полученных с использованием азотсодержащих солей.

Изменение технологического процесса в производстве кормовых продуктов требует изучения их качества.

Опытные образцы дрожжей имеют более высокое содержание как сырого протеина, так и белка. Имеются существенные отличия в содержании отдельных аминокислот.'Опытные образцы содержат в 1,2-2,1 раза больше валина, метионина, кзолейцина, гистцд-на, аргинина и глутаминовой кислоты, тогда как содержание аспарагиновой кислоты в них, как правило, меньше. В опытных образцах суммарное содержание аминокислот выше Ьа 10-15^, а доля незаменимых составляет 39-46% против 37-39$ у контрольных.

Определение содержания нитратов показало, что при культивировании дрожжей на гидролизатах, полученных с использованием смешанных солей, содержание нитратов в биомассе составляет 14,7-20,3 мг на I кг абс. сухой массы, что на 1-2 порядка ниже, чем в плодоовощной продукции (250-2000 иг/кг сырой массы), хотя-и превышает их содержание в контрольных образцах дрожжеГ на .^,6-8,4 мг/кг. Содержание нитритов в контрольных и экспериментальных образцах дрожжей практически одинаково и составляет 0,07-0,18 мгДг сухой оиомассы.

Экспериментальные об"азцы биомассы дрожжей содержат

меньше сырого жира, хотя суммарное содержание жирных кислот у них, как правило, выше. Значительные отличия наблодаются в составе жирных кислот. Экспериментальные образцы содержат на 15-50^ больше биологически ценных ненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой и линоленовой) и меньше ненасыщенных (стеариновой, миристиновой, лауриновой и каприновой). Степень ненасыщенности липидов у экспериментальных образцов дрожжей составляет 76-80% против 65-76$ у контрольных.

Содержание углеводов в экспериментальных образцах дрожжей на 10-13% меньше, ч^и в контрольных. Причем, если содер-■ жание маннозы, входящей в состав структурных полисахаридов клеточной стенки, изменяется незначительно, то содержание глюкозы, входящей в состав гликогена, в экспериментальных образцах дрожжей на 17-35% меньше.

Медико-биологические исследования опытных образцов дрожжей, проведенные в Белорусском НИИ санитарии и гигиены -показали, что полученные по разработанной нами технологии дрожжи нетоксичны, не обладают кумулятивным, местнораздра-жакхцим, кожно-резорбтивным и сенсибилизирующим действием.

Отходы технологического производства - лигнин и шламовые осадки, полученные.при использовании смешанных солей, содержат 0,61-2,40^ азота, 0,19-1,80$ фосфора, 0,24-0,62% калия, а также железо, цинк, марганец и др. микроэлементы. Это позволяет использовать их в качество органоминер-'льного удобрения. Наличие в лигнинных веществах функциональных групп, способных связывать и удерживать питательные вещества, придает им пролонгирующее действие. Особенно эффективно применение окисленного лигнина, содержащего хинонные и карбоксильные группы (Чудаке, 1983).

На основе прованных исследований и в зависимости от профиля предприятия были предложены слецугдае варианты технологических схем повышения качества гидролизатов:

1. Использование солей на стадии фурфурольного гидролиза.

2. Внесение солей на стадии перколяципнного гидролиза

3. Подача солей на стадии инверсии гидролизатов.

Промышленные испытания технологии гидролиза растительного сырья и микробиологической переработки гидролизатов.

Все три варианта повышения качества растительных гидролизатов проверены во время испытаний на Сыктывкарском, Андижанском и Рс дацком гидролизных заводах (табл.3).

Таблица 3

Сводная таблица результатов опытно-промышленных испытаний технологических схем получения гидролизатов с использованием азотсодержащих солей

¡Показатели, % .к сущест-|вующим __

1 выход (выход (произво-!фурфу- дрожжей{дитель-!рола | ¡ность ! I фермен-J_|_1тера

Место проведения испытаний

Вид соли

Сыктывкарский ЛПК

Андижанский

где

Фурфурольный гидролиз аммиачная 103; 2-

• селитра 126,2

Перколяционный гвдролир нитроаммофоска

Инверсия гидролизатов

102,4- 107,9110,1

116,4

110,4- 120,0115,3 130,0

Речицкий ОПГЗ аммиачная 101,0- 121,1

селитра 109,5

нитроаммофое 123,1 114,2

нитрофоска 124,9 112,8

нитроаммофоска 115,0 106,6

Выход фурфурола увеличился до 26%, а дрожжей до 25Й

при одновременном возрастании производительности ферментера в 1,1-1,3 раза. ПцшдаемыЙ экономический эффект от внедрения разработки в зависимости от профиля предприятия и его мощности составит 185-250 тыс.рублей в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Азотсодержащие соли ускоряют гидролиз гемицеллюлоэ и декстринов, одновременно вызывая деградацию лигногумино-вых веществ с образованием органических кислот, спиртов, альдегидов и других ниэкомолекулярных соединений.

2. При взаимодействии азотсодержащих солей с компонентами растительной ткани в условиях термокаталитической об-раб тк'/ образуются вещества, стимулирующие рост микроорганизмов. Среди этих веществ обнаружены хиноннитрополикарбоно-вые кислоты.

3. Наиболее эффективное усвоение гидролизатов, полученных с использованием азотсодержащих солей отмечено в ассоциациях микроорганизмов родов Салсййа, Тг(ексарогопгНа/г~

О ¿(Пит , причем максимальное значение экономического коэффициента наблодалось в ассоциации йьтг^'гйг $&>№£: Уг^скохрочог) cu.bin.eum •■ олж!&пщ соотношении 60:25:15, а максимальное содержание протеина в биомассе при соотношении 70:10:20.

4. На экспериментальных субстратах,в сравнении с промышленными, удельная скорость роста увеличивается до 305?,

а экономический коэффициент синтеза биомассы возрастает до 25$. Продуктивность ферментатора при этом повышается в 1,3-1,6 раза, а продолжительность лаг-фазы.сокращается в 1,5-2,0 раза.

5. Дрожжи,выращенные на гидролизатах, полученных с использованием азотсодержащих солей, содержат на 3-65? больше протеина, в 1,2-1,6 раза больше незаменимых аминокислот и на 15-505? больше ненасыщенных жирных кисло1?.

6. В результате медико-биологическчх исследований установлено, что дрожжи нетоксичны, не обладают кумулятивными свойствами, не оказывают местно-раздраяаизего, кожно-резорбтивного и сенсибилизирующего действия.

7. Лигнин и шламовые осадки содержат 0,61-1,40$ азота, 0,19-1,80$ фосфора, 0,24-0,62$ калия, микроэлементы и могут быть использованы в качестве органомннерального удобрения.

8. Разработаны технологические схемы и режимы гидролиза растительного сырья и микробиологической переработки гидро-лизатов в зависимости от вида перерабатываемого сырья и профиля предприятия. Экономический эффект от внедрения разработанных процессов составит 185-252 тыс.рублей в год для одного предприятия.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.c. № II25244 (СССР). Способ получения питательного субстрата для выращивания кормовых дрожжей /Морозов Е.Ф., Шкут В.М., Кебич М.С., Шишаков Е.П., Ручай Н.С., Семенович Г.А. //Б.И.-1984 - 43.

2. Морозов Е.Ф., Шишаков Е.П., Шкут В.М., Кебич М.С. Комплексна преработка на широколистна дървесина с получава-не на фурфурол и субстрати за ферменцията на дрожди //Резю-мета доклади научно-техническа конференция с международно участие на тема "Биотехнологиите в горско стопанство и гор-скага промишност". - Варна. - 1986. - С.24-25.

3. 'A.c. № I30696I (СССР). Способ инверсии гидролизатов растительного сырья /Шишков Е.П., Морозов Е.Ф., Шкут В,М., Кебич И.О. //Б.И. - 1907. - № 16.

4. A.c. $ I330I55 (СССР). Способ получения фурфурола и кормовых дрожжей /Морозов Е.Ф., Шишаков Е.П., Ручай Н.С. и др. //Б.И. - 1987. - К' 30.

5. Морозов Е.Ф., Шишаков Е.П., Шкут В.М., Цыкунова Т.В. Ьлияние катализаторов фурфурольной стадии процесса двухфазного гидролиза древесины на биологическую доброкачественность гидролизатов //Химия и химическая технология. - Минск. - 1988. - Выл.2. - С.76-79.

6. Шишаков Е.П., Шкут В.М., Цыкунова Т.В. Получение кормовых дрожжей на основе гидролизатов мягколиственной древесины и дрер°сных отходов //Тезисы докладов научно-технической конференции "Производство кормовых и биологически активных продуктов на основе низке сортной древесины

и отходов лесопромышленного комплекса". - Красноярск. - I9üt -С. 47—18.

7. Л.с. № 1443402 (СССР). Способ получения питательного субстрата для выращивания дрокяей /Морозов E.S., Шишаков Е.П., Шкут В.М., Ваакс В.Р. //Для служебного пользования. 1988.

б. A.c. № I47II55 (СССР). Способ подготовки гидролизата для биохимической переработки /Ручай Н.С., Марцуль В.Н., Ручай Ж.Ф., Морозов Е.Ф., Шишаков Е.П.,'Шантаренко В.В. //Для служебного пользования. - 1988. "■

9. A.c. № 1507789 (рССР). Спороб получения фурфурола и кор- твы". дрожжей /Шишаков Е.П., Шкут В.М., Ручай Н.С. и др. //В.й, - 1989. - № 34.

10. Шишаков Е.П., Шкут В.М., Морозов Е.ф. Образование ■фурфурола из растительного сырья в присутствии комплексных солей //Лесной журнал. - 1989. - ß I. - С.84-87.

11. Шишаков Е.П., Шкут В.М., Цьжунова Т.В. и др. Исследование процесса инверсии гидролизата древесины в присутствии азотнокислых и комплексных солс;Й. //Леснс1 журнал. -1989. - Ш. - С.90-94.

12. Шишаков Е.П., Шкут В.М., Цьжунова Т.В. и др. Повышение биологической доброкачественности гидролизатов-древесины внесением азотнокислых и комплексных солей на стадии инверсии. //Лесной иурнал. - 1990. - № 2. - C.I04-I07.

13. Шишаков Е.П. Микробиологическая трансформация гидролизатов растительного сьрья, полученных с использва-нием азотсодержащих солей //Материалы юбилейной научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ. - Минск. - 1990. С.138-139.

18.09.91г. Ззас.27/ДСП-ГОО. Бесплатно РТП ЛТИ им.Ленсовета,Московокяй пр. .